醫院內網升級改造實踐

解放軍第252醫院 信息科，河北 保定 071000

引言

我院是一所大型三甲醫院，局域網始建于1997年，當時為百兆主干網絡。2008年醫院外科大樓建成時，升級改造為千兆主干網絡。隨著醫院信息化建設的不斷深入，各類業務系統包括HIS、LIS、PACS、CIS等相繼上線，為醫院網絡施加了日益增長的業務負荷，也對網絡的可靠性與安全性提出了更高要求。另一方面，隨著網絡設備的老化，網絡終端大量增加，網絡性能嚴重下降，已無法滿足現有業務應用的要求，急需進行改造升級。

1 網絡規劃

1.1 網絡現狀分析

醫院內部網絡的主要問題包括以下幾點：① 網絡建設在醫院信息化發展過程中缺乏整體規劃，整體網絡架構較不合理；② 網絡帶寬較低，多為百兆到桌面甚至是十兆到桌面；③ 局域網中各種交換機如cisco、華為、3com等品牌混雜，帶寬百兆千兆不等，性能各異，配置管理困難；④ 由于未進行虛擬網（Virtual Local Area Network，VLAN）劃分，基于局域網CSMA/CD技術的原理，網絡中存在大量廣播包，易造成廣播風暴，導致網絡擁塞[1]。

1.2 改造要求

結合醫院信息化建設的總體要求，改造局域網以達到如下目的。

（1） 滿足高速、高性能的需求。隨著信息技術發展，圖片、視頻等多媒體傳輸大大增加，對網絡帶寬提出了更高的要求。為此，按照“主干萬兆，千兆到桌面”的設計原則，建設提高醫院主干網的負載能力和穩定性[2]。

（2）達到安全性、可靠性的需求。醫療行業信息系統的穩定性，關系到醫療業務的正常開展及醫療安全，而作為信息系統基礎平臺的醫療網絡，網絡的可靠、穩定是最為基本的需求。為此，需建設合理的網絡結構，消除網絡廣播，并考慮網絡的冗余備份建設[3-4]。

（3）解決易于維護管理的需求。醫院的IT人員編制少，但卻要保證醫院信息網絡上千個結點的7×24 h正常運行，因此網絡的易維護性非常重要。

2 網絡設計

2.2 采用三層架構

鑒于醫院網絡結點多，分布范圍廣，整體網絡采用三層網絡架構。所謂三層架構是指核心層、匯聚層、接入層的網絡層次結構，這種結構化設計有利于發揮各種交換機性能，并確保系統的擴充能力。核心交換機采用2臺形成熱備，并與匯聚層交換機布設冗余鏈接，以提高網絡容災能力[5]。由于原有中心機房布設到匯聚層的均為12芯光纖，建設冗余鏈路不必重新布設，降低了改造難度。但考慮到網絡升級為千兆到桌面，需要將原來布設接入層到用戶計算機的五類線全部更換，替換為六類線。按我院樓宇分布及現有網絡布線情況，規范網絡結構如圖1所示。

圖1 醫院主干網絡示意圖

2.2 進行VLAN劃分

VLAN是對連接到第二層交換機端口的網絡用戶的邏輯分段，不受網絡用戶的物理位置限制而根據用戶需要進行網絡分段。局域網設置VLAN后，可將廣播域限定在一個VLAN內部，從而降低整個網絡中廣播包數量，顯著改善網絡性能[6-8]。

本次改造中，主要按照醫院樓宇分布、樓層分布，結合部門、業務進行VLAN劃分。由于每個VLAN可提供<255個IP地址，因此根據網絡用戶的數量來設置VLAN（表1）。

表1 VLAN劃分及對應的網段

2.3 設備選型

全面下線醫院內網的不可配置交換機，采用可管理交換機，以增加對醫院內網的全方位、靈活管理。品牌選擇方面，出于軍隊醫院安全要求，采用國產華為交換機。網絡帶寬方面，為滿足醫院信息化發展要求，將原有網絡由百兆網升級為千兆網，全部采用千兆及千兆以上交換機，以實現千兆到桌面要求[9]。交換機型號選擇，按核心層、匯聚層、接入層的三層層級要求選擇交換機，以充分發揮設備性能。其中原核心交換機為cisoc 4506，已使用多年，本次改造更換為華為S12700，并采購2臺形成熱備，在一臺故障的情況下可由另一臺迅速接管[10]，具體情況如表2。

表2 硬件設備選型

3 網絡交換機配置

3.1 核心層交換機配置

按照前期設計要求，在核心交換機進行總體的VLAN劃分及端口配置[11]：

3.2 匯聚層交換機配置

配置主要包括兩個部分，一是與核心交換機的連接配置，二是與接入層交換機的連接配置，連接類型均為trunk通道模式[12]。以門診樓會聚交換機為例：

3.3 接入層交換機配置

配置也包括兩個部分，一是與匯聚層交換機的連接配置，二是與終端用戶連接的端口配置，連接類型前者為trunk模式，后者為access模式。以門診樓1層交換機配置為例：

4 實施及效果

4.1 改造實施步驟

鑒于醫院工作時段對網絡的要求，網絡施工必須在夜間加班完成，因此延長了工時，并加大了工作難度。為確保安全切換，降低網絡升級風險，并能確保工作量適度，升級改造分為3個階段。

（1）改造不符合要求網絡鏈路，包括主干網光纖布設和接入層到桌面的6類線布設。由于布線工程尤其是到桌面的網絡布線工作量較大，本階段實際用時2個月。

（2）第2階段，采購的新交換機上架，替換舊設備。為確保切換過程的平滑，新設備仍按照舊設備進行配置，并確保打開交換機的telnet服務；本階段工作重點是新設備上架和機柜線路整理，用時4周。

（3）按照前期規劃，遠程對各樓宇交換機進行配置，以實現新的VLAN劃分。由于配置交換機的同時需要對終端IP地址進行修改，人力投入較多，用時2周。

4.2 問題及解決

在升級改造中出現了一些問題，主要包括以下幾點。

（1）設備上架的工作量估計不足，設備安裝雖然簡單，但多年來線路不斷增加，機柜內線路情況混亂，整理難度較大。我們通過幾次安裝總結的經驗，掌握了工作量，合理安排了工作進度。

（2） 部門工作特殊要求沒有考慮全面。通常更換設備時，直接將舊設備拆下，到新設備安裝好連接好跳線至少需要1 h。但部分夜間值班科室需要接待急診患者，斷網時間必須盡可能減短。為確保科室應用不間斷，我們臨時為重點部門從附近網絡結點引出一條專線，設備更換完畢再切換回來，滿足了科室的要求。

（3）網絡交換機數量眾多，需要配置其名稱、IP地址后再上架，這時容易將交換機與其所在物理位置混淆。我們先行打印了固定資產標簽并粘貼在交換機上，再按照標簽所示物理位置進行配置和安裝，確保了設備、配置、物理位置的一一對應。

（4）服務器地址改變后，涉及終端的數據庫服務配置的更改，需要將服務目標地址改為新的IP地址，如逐臺計算機進行更改工作量巨大。為此我們利用醫院現有的內網安全管理軟件，將更新過的配置文件對全院終端進行了下發，大大提高了工作效率。

4.3 改造效果

醫院網絡升級改造完成后，網絡性能得到明顯提升，主要表現在三個方面：① 網絡結構更加優化，網絡交換機的性能得到充分發揮，網速得到明顯提高，通過網絡測速通常采用的大文件測試方法，桌面網絡傳輸速率為80～100 Mb/s，符合千兆網絡速度指標要求（理論峰值128 Mb/s）[13]；② 通過VLAN隔離了廣播，網絡中的廣播風暴得到有效控制，即使某個匯聚層交換機中出現網絡故障引起廣播風暴，核心交換機也能將故障造成的網絡擁塞限制于問題匯聚層交換機所在范圍內，網絡的可靠性得到保障，經初步統計，網絡故障報修數量由原來的50～60次/月，降低到目前的10～15次/月，維修工作量大幅減少；③ 采用同型號國產交換機，網絡維護管理工作量相對降低，配合交換機管理軟件，網絡管理更加靈活、高效。

5 結語

網絡升級改造半年以來，整體運行穩定，各類網絡故障明顯減少。根據下一步醫院發展情況及網絡的建設要求，計劃一方面將兩臺核心交換機作虛擬化配置，從而在邏輯上形成一臺核心設備。這樣不僅可簡化網絡結構，減少生成樹開銷，而且可進一步提高核心設備性能[14]。另一方面，在現有局域網平臺的基礎上，升級醫院無線網絡。通過建設以為“瘦AP”為架構的、以IEEE802.11n為技術標準的高速無線網絡，以滿足無線輸液、無線護理等系統的業務需求[15-16]。